[发明专利]基于拉普拉斯算子的图像锐化系统及图像锐化方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频监控的技术领域，具体说是一种利用拉普拉斯算子实现实时视频图像的边缘增强的基于拉普拉斯算子的图像锐化系统及图像锐化方法。

背景技术

图像锐化就是补偿图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得清晰，图像锐化分为空间域处理和频率域处理两类。

图像锐化处理的目的是为了使图像的边缘、轮廓线以及图像的细节变的清晰，经过平滑的图像变得模糊的根本原因是因为图像受到了平均或积分运算，因此可以对其进行逆运算（如微分运算）就可以使图像变的清晰。

图像的能量主要集中在其低频部分，图像边缘信息主要集中在其高频部分。从频率域来考虑，图像模糊的实质是因为起高频分量被衰减，因此可以用高通滤波器来使图像清晰。

拉普拉斯算子是一种在图像锐化处理汇总很重要的算法。拉普拉斯算子是与一个边缘方向无关的边缘点检测算子。拉普拉斯算子是一种二阶微分算子。一个连续的二元函数，其拉普拉斯运算定义为

对于数字图像，拉普拉斯算子可以简化为

公式（2）可以用滤波模板实现，常用模板如下：

使用拉普拉斯对图像增强的基本方法可以表示为下式：

其中，f(x,y)和g(x,y)是输入图像和锐化后的图像，c为常数1。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用拉普拉斯算子实现实时视频图像的边缘增强的基于FPGA的图像锐化系统及图像锐化方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:

本发明的基于拉普拉斯算子的图像锐化系统，包括模板生成模块、模板参数叠加模块和输出值计算模块，上述三个模块依次相连接；模板生成模块包含两路先入先出存储器FIFO1、FIFO2和一路数据帧输入Pixel_In，数据帧输入Pixel_In与FIFO2相连接，而FIFO2与FIFO1相连接，由数据帧输入Pixel_In引入的前后连续两帧视频数据分别存入FIFO1和FIFO2，由数据帧输入Pixel_In引入第三帧视频数据；模板参数叠加模块中包括拉普拉斯模板、乘法器和加法器，拉普拉斯模板中储存拉普拉斯算子因数，上述三路帧图像分别通过乘法器与拉普拉斯模板分别相连，所得三个乘积再通过加法器求和得到一列模板数据的和；输出值计算模块包含加法器、列数据存储器、帧数据存储器和除法器，三个列数据存储器分别存储三个列模板数据，三个帧数据存储器与FIFO2相连接，依次存储对应的FIFO2接收到的视频数据，通过加法器进行流水线加和三列模板数据的和，所得的和通过除法器除以常量因数再与由帧数据存储器得到的数据通过加法器依次加和，并将所得数据作为数据帧输出Pixel_Out。

本发明的基于拉普拉斯算子的图像锐化方法，包括以下步骤：

A、由数据帧输入Pixel_In引入第一帧视频图像数据，并将此帧视频图像数据存入FIFO2；由数据帧输入Pixel_In引入第二帧视频图像数据，并将此帧视频图像数据存入FIFO2，原来存储在FIFO2中的第一帧视频图像数据转存至FIFO1，同时第二帧视频图像数据也传输至输出值计算模板中的帧数据存储器Reg6，再由数据帧输入Pixel_In引入第三帧视频图像数据，与FIFO1和FIFO2中存储的前两帧视频图像数据构成3×3邻域模板；

B、上述第一至第三帧视频图像数据所对应的三路数据分别通过乘法器与拉普拉斯模板进行乘法计算；

C、将经B步骤得到的三路数据各自对应的乘积通过加法器加和，得到第一列模板数据的和，将第一列模板数据的和存入输出值计算模块中的列数据存储器Reg3中；

D、由数据帧输入Pixel_In引入第四帧视频图像数据，第三帧视频图像数据存储入FIFO2，而原来存储与FIFO2的第二帧视频图像数据存入FIFO1，同时将第三帧视频图像数据传输至输出值计算模板中的帧数据存储器Reg6，而原存储于Reg6的第二帧视频图像数据传输至与Reg6顺序连接的Reg5，第四帧视频图像数据与FIFO1和FIFO2中存储的第二帧及第三帧视频图像数据构成3×3邻域模板；

E、第二至第四帧视频图像数据所对应的三路数据分别通过乘法器与拉普拉斯模板进行乘法计算；

F、将经过E步骤后得到的三路数据各自对应的乘积通过加法器加和，得到第二列模板数据的和，将第二列模板数据的和存入输出值计算模块中的列数据存储器Reg3中，同时第一列模板数据的和存入与Reg3相互连接的Reg2中；